Бурошнековый комплекс КСВУ-Н

В продолжение темы выбора технологии выемки угля на шахте им.Миндели, рассмотрим Технологию 2.

  Сразу отметим, что при разработке схемы подготовки запасов и технологии их выемки, для различных участков шахтного поля, учитывались существенные различия их горно-геологических условий.

  В действующем восточном крыле шахты имеется большое горно-геологическое нарушение в виде двойного, а местами и тройного надвига пласта «Толстый». Суммарная мощность, предположительно, составляет до 110-120 метров. Доразведка запасов в районе 17-го и 19-го полей осуществлялась бурением разведочных скважин из Восточного полевого откаточного штрека гор.-300 м шахты им. Дзидзигури (бывшая шахта им. Ленина), а также проходкой ортов вкрест простирания пласта. Длина ортов по угольной толще составляет примерно 140-150 метров.

 При бурении наклонных, восстающих разведочных скважин диаметром 75-95 мм наблюдалось сильное горное давление. При бурении с промывкой, длина скважин по угольной толще не превышала 10-15 метров. Скважины активно разрушались, и в конечном итоге, инструмент зажимало. При бурении с продувкой, длина отдельных скважин достигала 50-ти метров по угольной толще. Далее, инструмент также зажимало. Таким образом, определить мощность угольной толщи с помощью разведочных скважин, не удалось. Удалось, частично, определить расположение угольной толщи относительно Восточного полевого откаточного штрека гор. -300 м.

  Следует также отметить, что при проходке ортов наблюдалась активная деформация рам крепи, особенно в предполагаемых местах плоскостей надвигов. Приходилось устанавливать крепь в сплошную. Но и это не давало существенного результата. В зазор между рамами крепи активно высыпался уголь в виде мелко размолотой массы вплоть до полного перекрытия сечения выработки. Почва (а это угольный массив) ортов активно вспучивалась, что заставляло вести постоянную подрывку. Темпы проходки, на БВР, составляли не более 10-12 метров в месяц. В результате постоянного высыпания угля, два вентиляционных орта просели на глубину до 10 метров. (При разности отметок с транспортным ортом в пределах 30-ти метров.)

  Все эти факты послужили основанием для пересмотра технологии выемки с помощью КСВУ-Б (условно технология 1), и избрать иную – технологию 2.

  Данная технология использует свойства горного массива, выраженное в высоком горном давлении, которое приводит к формированию активных высоконагруженных зон опорного давления вокруг пробуренных скважин.

  Для реализации данной технологии была изготовлена техническая документация, в полном объеме, комплекса скважинной выемки угля наклонного бурения (КСВУ-Н).

  Данный комплекс позволяет бурить восстающие скважины диаметром 1200 мм на глубину до 200 метров по породам любой крепости, и производить выпуск горной массы в действующую горную выработку.

  Как было сказано выше, удалось определить расположение полевой выработки относительно угольной толщи. Выработка находится в 10-17 метрах, по нормали, от почвы нижележащего пласта «Пятый» угольной толщи.

Бурошнековый комплекс КСВУ-Н

  Технологическая схема предполагает, что в полевой выработке, длиной примерно 360 метров, на расстоянии 5-7 метров друг от друга, с помощью буровой машины, будут пробурены скважины диаметром 1200 мм, по нормали к толще, то есть под углом 45° к горизонту. Под каждой скважиной, после бурения, останется выемочный модуль, основной функцией которого будет дозированный выпуск горной массы из скважины на скребковый конвейер, расположенный в полевой выработке.

Выемочные модули

  КСВУ-Н состоит из следующих основных агрегатов и компонентов:

  1. Буровая машина, в составе которой гидрофицированная крепь, состоящая из оснований, перекрытий, гидравлических стоек и домкратов, поворотного блока привода, заряжателя, ограждения.
  2. Буровой инструмент, включающий буровую корону, транспортные модули (нескольких модификаций).
  3. Модуль скважинной выемки, состоящий из основания, перекрытия, гидростоек, регулятора потока.
  4. Винтовой рыхлитель, установленный на модули скважинной выемки, состоящий из электропривода с редуктором и шнековых штанг с коронкой.
  5. Став транспортный в составе скребкового конвейера с бортами, служащими направляющей базой для размещения и передвижения транспортной каретки, на которую укладываются транспортные модули при бурении скважин.
  6. Аппаратура управления КСВУ-Н, вспомогательные механизмы.

Бурошнековый комплекс КСВУ-Н вид сбоку

  Кроме того, для функционирования КСВУ-Н, в полевой выработке выполняется машинная камера, в которой размещается все вспомогательное оборудование: электроподстанции, стандартные шахтные водоэмульсионные насосные станции, компрессор, электропусковая аппаратура.

  Технология выемки заключается в следующем.

 Из полевой выработки, в направлении к угольной толще, пробуриваются скважины большого диаметра. Буровой инструмент пересекает породный массив на глубину 10-17 метров, и далее заходит в угольную толщу, пересекая пласт «Пятый» мощностью до 3,5 м, породный прослоек мощностью 3-5 метров, пласт «Четвертый» мощностью 8-10 метров.

  После бурения скважины инструмент сразу извлекается, буровая машина перемещается на следующую точку, а под скважиной остается выемочный модуль.

  Под воздействием высокого горного давления, вокруг скважин будет образовываться кольцевидное опорное давление, под воздействием которого, в свою очередь, начнется разрушение стенок скважин. По мере увеличения размеров образующихся полостей, опорное давление будет смещать и увеличиваться в геометрических размерах. Через определенное время, зоны опорного давления вокруг образовавшихся полостей, будут накладываться друг на друга, увеличивая тем самым разрушающую силу воздействия на угольную толщу. Процесс разрушения угольной толщи принимает постоянный характер.

  Поскольку почва угольной толщи представлена устойчивой породой крепостью 7-9 единиц по Протодьяконову, то эта часть скважины –«породная», будет служить бункером (аккумулятором) для горной массы угольной толщи, которая под действием горного давления будет разрушаться вокруг пробуренной скважины, и под действием сил гравитации, будет в неё падать.  

  Винтовой рыхлитель, установленный на выемочном модуле, выпускает горную массу из породной части скважины, с нужной нам производительностью. В случае, если в скважину упал большой кусок, винтовой рыхлитель своей коронкой и шнеками, диаметром 600 мм разрушит этот кусок. Коронка не выступает за длину породной части скважины.

  При длине полевой выработки 360 м, в ней будет размещено примерно 65 выемочных модуля. Объем добычи будет зависеть от транспортной инфраструктуры шахты, и если исходить из производительности скребкового конвейера, например, 200 т/час, то составит 4800 т/сут.  

  Для формирования нужного нам вектора разрушения угольной толщи, а он должен быть направлен вверх по восстанию по углу падения пласта, с приоритетным выпуском нижележащих пластов «Пятого» и «Четвертого», необходимы дополнительные меры воздействия на эти пласты.

Бурошнековый комплекс КСВУ-Н вид сверху

Предусматривается пробурить в эти пласты серии скважин диаметром ориентировочно 70 – 100 мм, в которые будет закачиваться вода с добавлением ПАВ или глицерина (он является антипирогеном), с целью разрушения существующих структурных связей. Также предусматривается разрушение этих пластов с помощью ВВ. Это позволит организовать их первоочередное разрушение и «сползание» в скважины.  

  Представим некоторые параметры КСВУ-Н:

  1. Мощность электродвигателя, водяного охлаждения, с торсионным валом, привода буровой машины – 200 квт.
  2. Планетарный редуктор водяного охлаждения масла.
  3. Требуемое сечение выработки – 28 м².
  4. Мощность электродвигателя винтового рыхлителя – 15 квт.
  5. Напряжение сети – 660в или 1140в.
  6. Количество обслуживающего персонала по выпуску угля – 4 человека, включая 1 слесаря по гидравлике, механике, и 1 слесаря по электроаппаратуре.
  7. Расчетная себестоимость добычи (участковая) – 0,69 $/т.
  8. Объем запасов, подлежащих выемке в 17-м и 19-м полях – примерно 3,5 млн. тонн, а также примерно 6,0 млн. тонн в 13-м и 15-м полях.

  Соблюдение основных мер безопасности.

  — Постепенное разрушение массива по всей длине выработки, с постепенным выпуском горной массы, ведет к образованию множества трещин в угольной толще и в вышележащем породном массиве. Образованные в угольной толще полости будут заполнены разрушенной горной массой, которая будет служить своего рода «подушкой безопасности» для вышележащих пород. Постепенная разгрузка массива и наличие «подушки» служит надежной защитой против горных ударов в зоне активных горно-геологических нарушений.

  — Наличие в породной части скважин аккумулированной горной массы, а также отсутствие вентиляции в скважинах, препятствует проникновению кислорода в угольную толщу. Газовая среда в полостях будет представлена в основном метаном, и тем азотом, который при необходимости, для профилактики, будет подаваться в скважины. Это безусловно будет препятствовать возникновению эндогенных пожаров.

  — Имеется возможность эффективной дегазации угольной толщи, с последующим извлечением практически всего метана на этом участке шахтного поля. Ориентировочное количество метана составляет 143,0 млн. м³, с рыночной стоимостью более 25,0 млн. долларов США.

Бурошнековый комплекс КСВУ-Н вид в изометрии

  Экономическая эффективность проекта

  При указанной выше себестоимости добычи, общешахтная себестоимость с учетом обогащения составит не более 18,0 долларов за тонну.

  Затраты на оборудование, включая 65 выемочных скважинных модулей и дополнительное ГШО, составит примерно 7,5 млн. долларов. Это примерно 0,8 доллара на 1 тонну запасов.

  Затраты на подготовку (проходку и обустройство горных выработок) составят примерно 1,5 млн. долларов, или 0,16 доллара на 1тонну запасов.

  При коэффициенте извлечения запасов 0,8, суммарные затраты (без себестоимости и банковских составляющих) составят примерно 1,2 доллара на 1 тонну добытой горной массы, или 1,7 доллара на 1 тонну готовой продукции.

  Учитывая, что реализация данной технологии будет выполняться поэтапно, по мере бурения скважин, сначала на одном горизонте, потом на другом, то и расходование финансовых ресурсов будет происходить уже в процессе добычи угля. Таким образом, значительная часть расходов будет выполняться за счет полученной прибыли предприятия.

  Затраты на дегазацию составят не более 4% от стоимости извлеченного метана. (Взята условно рыночная цена закупки газа – 180 долларов за 1000 м³.)

  Ниже представлены некоторые общие виды из технической документации, а также виртуальное видео работы КСВУ-Н, выполненное на основе чертежных размеров.